Was ist die Auswahl von Beschichtungsmethoden?

Was ist die Auswahl von Beschichtungsmethoden?

Es gibt viele Beschichtungsmethoden. Zu den Tauchbeschichtungsmethoden gehören Tauchbeschichtung, Walzenbeschichtung, Rakelbeschichtung und Drahtbeschichtung mit gewickelten Stäben usw. Zu den Beschichtungsmethoden mit voreingestellten Mengen gehören Gleitbeschichtung, Schlitzdüsenbeschichtung, Extrusionsbeschichtung und Vorhangbeschichtung usw. Wir haben oben bereits mehrere Beschichtungsmethoden ausführlich besprochen. Im Folgenden stellen wir kurz die weiteren Beschichtungsmethoden vor.

Die Tauchbeschichtung ist eine Beschichtungsmethode, bei der die Bahn kontinuierlich in den Schlammtank eingetaucht und aus diesem herausgezogen wird und der überschüssige Schlamm zurück in den Tank fließt, wie in Abbildung 5-89 dargestellt. Bei der Tauchbeschichtung handelt es sich in der Regel um eine doppelseitige Beschichtung, sodass die Zugrichtung der Bahn im Allgemeinen senkrecht zur Flüssigkeitsoberfläche verläuft, um sicherzustellen, dass die Beschichtungsdicke auf beiden Seiten der Bahn gleichmäßig ist. Normalerweise hängt die Schichtdicke von der Viskosität, der Dichte, der Liniengeschwindigkeit und dem Auszugswinkel ab. Die Dicke der Aufschlämmungsbeschichtung auf der Bahnoberfläche wird größer, wenn die Viskosität der Aufschlämmung und die Beschichtungsgeschwindigkeit zunehmen. Natürlich eignet sich die Tauchbeschichtung auch für den intermittierenden Betrieb komplexer Werkstücke, aber wenn die Lösungsmittelverflüchtigungsrate schnell ist, kommt es zu einem Fluss.

Fig 5-89 Dip Coating Method

Bei der Rakelbeschichtung handelt es sich um eine Beschichtungsmethode, bei der eine Rakel verwendet wird, um die Dicke der Schlickerbeschichtung auf der Beschichtungswalze oder -bahn auf die angegebene Dicke zu reduzieren, wie in Abbildung 5-90 dargestellt. Unter anderem hängen die Beschichtungsdicke und das Beschichtungsgewicht der Luft-Messerbeschichtung vom Luft-Messerdruck und der Luftstrahlgeschwindigkeit ab und sie eignet sich besonders für die Beschichtung von Schlämmen auf Wasserbasis mit niedriger- oder mittlerer{5}}niedriger-Viskosität-. Bei der Verwendung von Schlämmen auf Basis organischer Lösungsmittel ist darauf zu achten, dass die Bildung explosionsfähiger Gemische aus großen Mengen Luft und brennbaren Lösungsmitteldämpfen vermieden wird.

Fig 5-90 Blade Coating

Beim Vorhangbeschichten handelt es sich um ein Beschichtungsverfahren, bei dem die Aufschlämmung aus einem Schlitz extrudiert wird und in Form eines Flüssigkeitsvorhangs direkt auf die laufende Bahn fällt. Es gehört zur Beschichtungsmethode mit voreingestellter Menge, wie in Abbildung 5-91 dargestellt. Da der Abstand zwischen der Lippe der Extrusionsdüse und der Bahn groß ist und keine Luftblasen auf dem Vorhang vorhanden sind, bietet es herausragende Vorteile bei der Beseitigung von Fehlern wie Fadenziehen und Kratzern. Aufgrund der größeren kinetischen Energie des Vorhangs trägt er zur Stabilisierung des Meniskus bei, sodass eine höhere Beschichtungsgeschwindigkeit erreicht werden kann. Die Liniengeschwindigkeit kann mehr als 100 m/min erreichen und wird zunehmend in hochpräzisen Batteriebeschichtungslösungen eingesetzt.

Figure 5-91 Falling curtain coating; Figure 5-92 Wire rod coating

Bei der Beschichtung mit einem drahtumwickelten Stab handelt es sich um eine Beschichtungsmethode, bei der ein drahtumwickelter Dosierstab verwendet wird, um eine Flüssigkeit gleichmäßig auf eine weiche Bahn aufzutragen, wie in Abbildung 5-92 dargestellt. Der gewickelte Stab wird hergestellt, indem polierter Edelstahldraht eng um einen Kernstab gewickelt wird. Der gewickelte Stab wird auch Streichstab oder Rakelstab genannt. Wenn der Wickeldraht sehr dünn ist, kann die Genauigkeit der Beschichtungsdicke bis auf wenige Mikrometer reichen. Da niedrigviskose Flüssigkeiten leicht auf dem gewickelten Metalldraht fließen, eignet es sich zum Beschichten von Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität. Mit speziellen Beschichtungsstäben kann die Beschichtungsviskosität relativ hoch sein und die Beschichtungsdicke kann 225 μm erreichen. Die Stabbeschichtungsgeschwindigkeit ist im Allgemeinen auf 304 m/min begrenzt.

Die Auswahl der Beschichtungsmethode ist ein systematisches Projekt, bei dem viele Faktoren zu berücksichtigen sind. Bei der Auswahl einer Beschichtungsmethode sollten vor allem die folgenden Faktoren berücksichtigt werden:

Die meisten Beschichtungsverfahren eignen sich zum Auftragen einer Schicht nach der anderen, wobei eine weitere Schicht aufgetragen wird, nachdem die vorherige Schicht getrocknet ist. Bei einigen Methoden können mehrere Schichten gleichzeitig aufgetragen werden, beispielsweise beim Gleitbeschichten, bei dem beim Farbfilmbeschichten mindestens 9 Schichten gleichzeitig aufgetragen werden können. Der Beschichtungskopf der Vorhangbeschichtung ist der Gleitbeschichtungskopf, und die Beschichtungsschicht fließt auch am Rand nach unten, sodass auch eine Mehrschichtbeschichtung durchgeführt werden kann. Schlitzdüsenbeschichtung und Extrusionsbeschichtung führen in der Regel eine einschichtige Beschichtung durch, sie können jedoch auch über zwei oder drei Extrusionsschlitze für eine mehrschichtige Beschichtung verfügen, die häufig von Herstellern von Lithium-Ionen-Batterien gefordert wird.

Die Draht-umwickelte Stabbeschichtung eignet sich für die Dünnschichtbeschichtung; Extrusionsbeschichtung, Umkehrwalzenbeschichtung und Vorhangbeschichtung eignen sich für dicke Beschichtungen, die 400–750 μm erreichen können. Generell gilt: Je dünner die Beschichtung, desto größer die Beschichtungsschwierigkeit. Es ist zu beachten, dass es sich bei der hier genannten Dicke um die Nassbeschichtungsdicke handelt und der Unterschied zwischen Trockenbeschichtung und Nassbeschichtung sehr groß ist.

Viskosität und Viskoelastizität sind physikalische Größen, die rheologische Eigenschaften widerspiegeln. Jede Beschichtungsmethode verfügt über einen bestimmten Bereich geeigneter Viskosität und Schergeschwindigkeit. Die Viskosität der Aufschlämmung wird am besten entsprechend der bei der Schergeschwindigkeit der Beschichtung gemessenen Viskosität ausgewählt, da sich die Viskosität mit der Schergeschwindigkeit ändert. Bei der Formulierung von Lithiumbatterieschlämmen, die von führenden Lieferanten von Lithium-Ionen-Batteriematerialien bereitgestellt werden, ist eine präzise Viskositätskontrolle zu einem Schlüsselfaktor für die Prozessstabilität geworden. Allerdings ist beim Beschichtungsverfahren mit voreingestellter Menge die Scherrate, der die Aufschlämmung normalerweise ausgesetzt ist, zu hoch, so dass es mit aktuellen Instrumenten schwierig ist, eine so hohe Scherrate zu erreichen, sodass die Viskositätsschätzung grob ist und letztendlich die experimentellen Ergebnisse maßgebend sein müssen. Obwohl die Viskoelastizität sehr wichtig ist, ist sie schwer vorherzusagen. Eine gewisse Viskoelastizität trägt dazu bei, die Funktion bestimmter Beschichtungen zu verbessern, eine hohe Viskoelastizität kann jedoch zu verzögerten Schleiffehlern führen.

Präzisionsschlitzdüsenbeschichtung, Gleitbeschichtung und Vorhangbeschichtung weisen eine höhere Beschichtungspräzision auf, während die Präzision anderer Beschichtungsmethoden von den Flüssigkeitseigenschaften, der Walzengeometrie, der Rotationsgeschwindigkeit und anderen Faktoren abhängt. Jedes Beschichtungsverfahren verfügt über ein breites Beschichtungsspektrum, das vom Aufbau und der Funktionsweise des Beschichtungsgerätes abhängt. Nur durch eine sehr feine Optimierung der Batterieelektroden-Beschichtungsausrüstung können gute Beschichtungsergebnisse erzielt werden.

Das Netz kann nicht-durchlässig oder durchlässig sein. Bei durchlässigen Vliesen können die Poren vor dem Beschichten verschlossen werden. Außerdem müssen die Rauheit und die Oberflächenspannung der Bahn berücksichtigt werden. Die Oberflächenspannung der Aufschlämmung muss niedriger sein als die der Bahn.

Die Beschichtungsgeschwindigkeit hängt mit der Produktionseffizienz zusammen. Wenn möglich gilt: Je schneller die Beschichtungsgeschwindigkeit, desto besser. Für alle Beschichtungsmethoden gelten Geschwindigkeitsbegrenzungen für die Beschichtung, einige Methoden eignen sich jedoch besser für die Hochgeschwindigkeitsbeschichtung. Die Vorhangbeschichtung erfordert eine Mindestdurchflussrate, um sicherzustellen, dass der Vorhang nicht reißt. Daher kann eine Hochgeschwindigkeitsbeschichtung nicht durchgeführt werden, wenn die Schicht dünn ist. Wenn beim Gleitbeschichten die Beschichtungsschicht sehr dünn ist, ist die Beschichtungsschicht instabil. Höhere Geschwindigkeit und dickere Beschichtungsschicht tragen dazu bei, Beschichtungsinstabilität zu vermeiden. Ebenso können glatte und undurchlässige Bahnen mit höherer Geschwindigkeit beschichtet werden. Die Beschichtungsgeschwindigkeit hängt auch von der Länge der Trockenstrecke ab. Je länger die Trocknungsstrecke ist, desto günstiger ist es, die Trocknungsgeschwindigkeit zu erhöhen.

Die Beschichtungsmethoden und ihre Anwendungsbereiche sind in Tabelle 5-6 aufgeführt.

Kategorie	Beschichtungsmethode	Scherrate /s⁻¹	Viskosität /Pa·s	Nassdicke /μm	Beschichtungsgenauigkeit /%	Maximale Geschwindigkeit /(m/min)	Einfluss der Bahnrauheit
Nivellierung	Nivellierung	0.01-0.10	-	-	-	-	-
	Luftmesser	-	0.005-0.5	2-40	5	500	Hoch
	Draht-umwickelte Stabbeschichtung	-	0.02-1	5-50	10	250	Hoch
Einschichtig	Klingenbeschichtung	1000-10000	0.5-40	1-30	-	1500	Hoch
		20-40000
	Umkehrwalzenbeschichtung	100-10000	0.1-50	5-400	5	300	Leicht
		1000-100000
	Slot-Beschichtung	3000-100000	0.005-20	15-250	2	400	Leicht
	Extrusionsbeschichtung	-	50-5000	15-750	5	700	-
Mehrschichtig	Gleitbeschichtung	1000-10000	0.005-0.5	15-250	2	300	Leicht
		3000-12000
	Vorhangbeschichtung	1000-10000	0.005-0.5	2-500	2	300	Leicht

Die Beschichtungsverfahren für Lithium-{0}Ionenbatterie-Elektrodenfolien sind hauptsächlich Walzenbeschichtung und Extrusionsbeschichtung. Die Umkehrwalzenbeschichtung erfordert eine höhere Scherrate, eignet sich für Aufschlämmungen mit etwas höherer Viskosität, erzielt einen dickeren Beschichtungsfilm und eine gute Beschichtungsqualität und ist derzeit die am häufigsten verwendete Beschichtungsmethode für Lithium-Ionen-Batterien. Die Extrusionsbeschichtung stellt eine relativ fortschrittliche Beschichtungstechnologie in der Branche dar. Während des Beschichtens wird ein bestimmter Druck auf die Aufschlämmung ausgeübt, der zum Beschichten von Aufschlämmungen mit höherer Viskosität genutzt werden kann. Das erhaltene Elektrodenblatt weist eine höhere Präzision und eine schnelle Beschichtungsgeschwindigkeit auf. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Lithium-Batterietechnologie und der steigenden Nachfrage von Herstellern von Lithium-Ionen-Batterien nach höherer Energiedichte und -konsistenz wird die Extrusionsbeschichtung, unterstützt durch hochmoderne--Beschichtungsanlagen für Batterieelektroden und hoch{11}präzise Batteriebeschichtungslösungen, in Produktionslinien der nächsten{12}}Generation in größerem Umfang zum Einsatz kommen.